起重机桁架大直径管节点板设计优化

1 引言

随着国内现代物流的发展，港口卸船设备趋向大型化、高效化，港口装卸设备自重越来越重，对金属结构的承载能力提出了更高要求。由于码头承载能力的原因，通常采用桁架结构以减轻起重机结构自重。与实腹式受弯构件相比，桁架结构具有受力合理、迎风面积小、自重轻、刚性好等优点，但工艺性较差，难以实现自动化拼装，设计制造比较麻烦[1]。桁架管接点制作有相关线连接及节点板连接2种方式。现有参考资料、设计准则大部分均关注于节点板的设计要点，很少有讨论如何处理节点板与圆管应力集中的情况的。基于现阶段陆续有桥式抓斗卸船机项目出现盖板与管、节点板开裂情况，本文着重关注节点板与盖板连接形式的设计优化。

2 节点板设计处理及力学模型

2.1 节点板设计处理

节点板是将腹杆内力传递给主杆构件的重要部位，设计时尽可能控制杆件轴线交会于节点中心，使腹杆受力汇聚一点。节点板连接的管件构件形式有多种，其设计尺寸应由节点处的杆件宽度、夹角以及腹杆连接焊缝长度所决定，具有形状简单、切割次数少等特点，最好有2个平行面，具体形状还应根据项目本身的特点来决定。

4.构建完善的金融衍生品市场准入制度。我国金融衍生产品市场发展还不成熟，因此实行审批以控制市场风险，这是十分必要的。但是，为了顺应世界金融发展趋势，提高中国金融衍生品市场的分量，必须要在审慎监管的理念下，完善目前仍有空白、漏洞的市场准入程序，减少因为制度漏洞这样的低级错误带来的风险。另一方面，要适当精简衍生品上市的申请环节，提高审批效率，给予交易所一定的发展空间，促进本国金融市场的创新［7］191。例如美国已经建立对某些现金结算的期货和期权合同审批的快捷通道，申请要求在受理后10天就可以得到批复，同时考虑允许交易所在未经批准的情况下上市新合约。

根据项目统计归纳，常规处理采用的节点板与管连接方式如下图1所示,节点板直接插入，为防止节点板端部应力集中，在端部开应力释放孔；开孔后用5 mm封板对应力释放孔封盖及盖板之间角焊缝进行处理。由于设计理念上盖板不参与受力计算，5 mm钢板仅为防漏水设计，故在模拟处理中不考虑封板。

图1 常规处理图

2.2 力学模型

本文主要针对桥式抓斗卸船机门架拉杆节点板处理进行分析。桥式抓斗卸船机额定生产率1 400 t/h，额定起重量40 t/h，最大外伸距40 m，小车运行速度170 m/min，起升速度170 m/min，大车运行速度30 m/min。

根据以上数据进行建模分析，由于圆板不参与受力，仅开应力释放孔，最大应力为582.08 MPa,应力集中情况严重，发生位置在节点板与应力释放孔接触处(见图3)。

1.4.1.2 方法 总RNA提取参照Trizol试剂盒说明书进行，每样本取1 μg总RNA作逆转录模板合成cDNA，严格按照反转录试剂盒说明书操作进行，β-Actin作为内部控制使用。结果采用2-ΔΔCT相对定量法，确定特定荧光域值对应循环数的Ct值，对目标基因定量。

各方案计算的应力云图见图5～图9。

(2)在研究领域上，现有研究一般都局限于战略管理领域，较少涉及经济学和心理学等相关领域，这也导致了内创业理论至今没有形成一个比较完善的知识体系。因此，管理学、经济学、心理学等理论的交叉、融合和渗透是内创业理论形成体系的核心问题。

计算工况II：主小车额定载荷启动，大车额载行走，工作风速。对整机进行钢结构有限元分析计算，提取最恶劣条件下斜拉杆载荷。

计算工况III：主小车空载，停靠在门框跨距中间，大车锚定，防风系缆锁固，非工作风。

英祖李 将长白山定为朝鲜的“北岳”，视为朝鲜众山之宗且尊为王室诞生之地。此后一百多年，朝鲜都有对长白山的祭祀活动，并遵循满语，称长白山为“白头山”。

此外，《指引》对于强制复牌的规定也为停牌“钉子户”们敲响了警钟。《指引》明确，对于不符合指引规定的停牌申请，交易所不予受理，停牌后发行公司停牌事由不成立的，可以要求立即复牌；对于拒不复牌的可以实施强制复牌。

图2 大车约束条件

2.2.1 计算模型

根据以上5个方案进行建模分析，并将剖口焊、头部包角焊、侧面角焊缝按照实际情况进行模拟，在同等约束条件及相同外力加载情况下，计算结果见表2。

2.2.2 载荷组合

脑卒中是威胁人类健康及生命的重大疾病之一，发病后可导致大脑皮质下结构的神经细胞萎缩、病变，进而可使认知功能发生障碍，导致患者康复时间的延长，生活质量降低，因此针对脑卒中患者应对认知功能障碍进行干预。常规的治疗及康复训练较难促进患者认知功能障碍的恢复，因此笔者采用早期认知康复训练进行干预，不仅可有效促进患者认知障碍的恢复，又可促进患者病情的有效控制，生活质量明显提高，效果理想，故值得推广。

约束条件：工作工况下，行走大车的平衡梁按简支梁铰处理，此时，固支一侧车轮，释放另一侧门腿的约束(FX=0)。非工作工况下，两侧车轮固支，大车被锚定，防风拉索拉紧。约束条件见图2。

按照上述载荷组合，对整机进行受力计算，在最恶劣工况条件下，最大提取出节点板与管连接处受力并加载[3]，见表1。

表1 节点处载荷

加载力FX/NFY/NFZ/N-0．504×1070．604×105-0．124×105MX/NmmMY/NmmMZ/Nmm0．172×108-0．97580．226×109

3 应力结果

比如，当教师在指导学生学习《混合运算》相关的知识时，首先，对教学内容加以了解，并划分出教学重点，也就是指导学生学会“先乘除，后加减”的运算规则。其次，教师需要结合教学重点制作教学大纲，并按照大纲的顺序剪辑微课视频。最后，教师可通过家长的微信群以及QQ群上传视频，要求家长对学生加以指导，完成预习工作。在此过程中，学生不仅能够形成一定的知识基础，降低自身的学习难度，同时也能够提升自主学习能力。

1.3.1 基线调查 本研究采用回顾性队列研究的方法，研究资料均来自同一体检中心，按体检类别整群抽取2006—2007年厅级干部体检资料作为基线资料。之后，在基线资料的基础上，进行10年回顾性队列研究，随访资料于2016年采集获得。

图3 应力云图

基于以上受力分析，提出了图4所示的5个优化方案，分别对节点板插入与应力释放孔相对位置、外侧盖板形状不同进行了比较分析。方案1：开应力释放孔，外侧大盖板；方案2：节点板插入应力释放孔内，盖板型式如图；方案3：节点板未伸入应力释放孔内；方案4：长腰型盖板；方案5：整体或开孔局部圆管加厚2 mm。

.3 MPa<[τw]=200 MPa，满足使用要求。但实际模拟出来的结果是应力严重集中，初步认为是开孔圆弧与节点板槽行程1个开孔尖点导致应力集中，开了应力释放孔后此处母材强度、刚度下降，一旦出现裂纹，节点板与管壁焊缝易撕裂，很容易出现裂纹扩散，使得节点板与圆管焊缝开裂，因此需要增加焊缝长度及开孔处结构强度。

4 结构优化

4.1 优化方案

无缝管∅1 400×14在此受力状态时，计算得到应力为121.2 MPa，其中节点板焊缝受力

4.2 优化方案计算结果

采用专业有限元分析ANSYS软件进行模拟分析，采用SOLID45单元建模，模拟出节点板与管连接处应力释放孔，节点板与圆管焊缝型式均按实际剖口，用以反映最真实的焊接情况[2]。为控制模型网格数量，对主要关注部位的网格进行细化处理,其中单元数量30 074个，节点59 503个。

表2 各方案应力统计

方案盖板与节点板端部连接处圆管最大应力/MPa百分比/%最大应力/MPa百分比/%1408．1470．12307．6652．862399．9268．71234．70540．323267．9646．03260．1244．694555．94595．51197．17933．875463．39579．61175．9930．23

图4 5种优化方案

根据GB3811-2008《起重机设计规范》的要求，至少在第II类工作载荷工况以及第III非工作载荷工况条件下进行计算并校核整机结构强度和刚度。

图5 方案1应力云图

图6 方案2应力云图

图7 方案3应力云图

图8 方案4应力云图

图9 方案5应力云图

根据图5～图9可得以下几点分析意见：

(1)节点板尖角处自身易应力集中。对于此处应力集中情况，方案3处理方式应力降为初始应力的46.03%，为最优方案；方案4效果最差。

(2)应力释放孔与管开槽相接处易应力集中，在未进行加强时，应力集中非常严重。这5种加强方案均能将应力降到60%以下，其中以增加壁厚+外部贴板效果最好，能降至原始应力的30.23%。但盖板与节点板端部连接处应力效果不明显，且从工艺上说，这种螺旋管均为定制，若局部开孔处加厚，需增加1种螺旋管型号，并需要用衬垫焊进行对接。若此种型号需求量不大，会增加采购成本；若全部换成厚管，会增加整机的重量，造成浪费。

(3)对于封板额外增加的焊缝长度，方案1增加2 366 mm；方案2、3增加2 260 mm；方案4、5增加2 228 mm。额外增加的焊缝长度基本相差不大，这方面的影响差不多。

(4)对于节点板与管连接的焊缝长度，除方案3外，其他4个方案均与初始设计的焊缝长度一致，单侧为1 350 mm，焊缝应力为134.3 MPa<200 MPa，能满足使用要求。方案3焊缝长度单侧少100 mm，焊缝受力：

.5 MPa<[τw]=200 MPa，满足使用要求。

(5)当节点板尖点与应力释放孔尖点处于相同位置时，应力集中情况会加倍放大。一旦出现裂纹，很容易产生裂纹扩散，引起开裂。

(6)盖板形式不仅有防水作用，对应力结果也有影响。方案3错开了2个应力集中的点，最大应力大大降低，有效防止了应力集中，且应力分布更加均匀。

5 结语

根据实际项目使用情况以及焊缝修补情况来看，焊缝开裂与节点板处理、盖板的形状密切联系。圆管节点板开槽与应力释放孔开槽的连接处易引起应力集中，节点板厚度方向的尖角处也易引起应力集中，应错开2个容易应力集中处，节点板未伸入应力释放孔内，且盖板与节点板单面破口焊，盖板与圆管四周角焊缝时，应力集中最小，为最优的设计方案，可为类似设计提供参考。

参 考 文 献

[1] 上海港机重工有限公司.港口起重机设计规范[S].北京：人民交通出版社，2007.

[2] 博嘉科技.有限元分析软件—ANSYS融汇与贯通[M].北京：中国水利水电出版社,2002.

[3] F.E.M标准 欧洲起重机设计规范[S].